導(dǎo)讀天文學(xué)|望遠(yuǎn)鏡小行星|沙漠|天文臺基特峰天文臺的天文學(xué)家正在嘗試引入一種自適應(yīng)光學(xué)的替代方案——PPP矩陣天文望遠(yuǎn)鏡。基特峰國家天文臺基特峰天文臺位于亞利桑....

天文學(xué)|望遠(yuǎn)鏡小行星|沙漠|天文臺

基特峰天文臺的天文學(xué)家正在嘗試引入一種自適應(yīng)光學(xué)的替代方案——PPP矩陣天文望遠(yuǎn)鏡。

基特峰國家天文臺

基特峰天文臺位于亞利桑那州索諾奧德姆國家亞利桑那州索諾蘭沙漠昆蘭山脈的基特峰，位于亞利桑那州圖森西南偏西88公里（55英里）處。它擁有二十多架光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和兩臺射電望遠(yuǎn)鏡，是北半球最大的天文儀器聚集地之一。

在傳說中的邁爾望遠(yuǎn)鏡和世界上最大的光譜儀在基特峰天文臺工作的背景下，WIYN望遠(yuǎn)鏡并不那么宏偉，可能會丟失。然而，它使用的最新技術(shù)使它與地球上最宏偉的天文學(xué)工具并列。

沙子和石頭

在整個星球上，地理和氣候條件最適合觀測天文學(xué)家的地方并不多。這是一個干燥的智利阿塔卡馬沙漠，那里有四個8.2米高的VLT天文臺巨人和一系列ALMA毫米望遠(yuǎn)鏡。這是夏威夷的莫納基亞山，那里的望遠(yuǎn)鏡比地球上任何其他山峰都多，南極高地有10米長的南極望遠(yuǎn)鏡。美國與墨西哥交界處的索諾拉沙漠也位于同一行：基特峰國家天文臺也位于此行列。

部分填充了 OTCCD 矩陣的 WIYN 望遠(yuǎn)鏡陣列。正是在這種配置下（中心有九個矩陣，邊緣有四個矩陣），望遠(yuǎn)鏡在頭兩年就工作了。今天，這一數(shù)字已增加到30人。

索諾拉是北美最大、最干燥、最熱的沙漠之一，占地幾個州。這里住著木瓜印第安人，"托霍諾-奧達(dá)姆"，"沙漠人"，與皮馬人關(guān)系密切。基特峰（當(dāng)?shù)卣Z言為洛利加姆）仍然神圣，但不如巴布克維瓦里峰稍遠(yuǎn)一點(diǎn)。因此，與夏威夷原住民不同，他們最近封鎖了莫納凱亞建造一臺30米長的新望遠(yuǎn)鏡，但半個多世紀(jì)前，印第安人以每英畝四分之一美元的價格租給了基特峰的土地。21世紀(jì)初簽署的新條約使這些條件生效，使望遠(yuǎn)鏡現(xiàn)代化成為可能。天文臺的工作人員可以安全地計(jì)劃未來幾十年的工作，而不必?fù)?dān)心與印第安人的問題。附近城市的缺乏減少了天空的光污染，海拔2000米的高度減少了天文臺上方的大氣厚度，干旱的氣候每年提供約260個"干凈"的無云夜晚（72%）。今天，在基特峰的山坡上，像樹皮上的蘑菇一樣，26臺望遠(yuǎn)鏡的"帽子"被緊緊地放置著。這座山對游客開放，任何人，不一定是天文學(xué)家，都可以繞過這個地區(qū)。最主要的是不要制造噪音，這讓人想起有愛心的銘文："請保持安靜：白天天文學(xué)家睡覺。

不同大氣層對恒星圖像的影響

在普通照片中，PPS幾乎被基于金屬-氧化物半導(dǎo)體互補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)的基質(zhì)所取代。該技術(shù)允許將光敏探測器的晶體和矩陣以及數(shù)字電子設(shè)備集成到一個晶體和矩陣中，以處理從中接收到的信號。在 CMOP 矩陣中，信號從多個像素并行同時輸出。這尤其有助于避免等待展覽結(jié)束并實(shí)時獲取數(shù)據(jù)。然而，對于專業(yè)天文學(xué)來說，在某些情況下，使用好舊的PSU仍然更方便、更有利可圖，主要是因?yàn)楦哽`敏度水平的噪音非常低。

天線和后視鏡

邁爾環(huán)形望遠(yuǎn)鏡以天文臺第二臺主任尼古拉斯·梅奧拉的名字命名，是基特峰最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，也是世界上最大的20臺光學(xué)望遠(yuǎn)鏡之一。其4米和15噸的主鏡子，雖然與最先進(jìn)的設(shè)備一起工作，仍然允許進(jìn)行超級觀察。望遠(yuǎn)鏡自20世紀(jì)70年代初以來一直在工作，并幫助研究遙遠(yuǎn)星系的運(yùn)動，揭示了暗物質(zhì)在宇宙膨脹中的作用。

麥馬特皮爾斯太陽望遠(yuǎn)鏡是世界上最大的日冕儀。他的鏡子安裝在一座30米高的塔下，在一口"井"里，再向深60米的山深走去。這種"礦山"設(shè)計(jì)允許放棄二次鏡子，并消除了遮擋部分光通量的問題，使望遠(yuǎn)鏡免受強(qiáng)風(fēng)和溫度變化的影響。難怪在60年的工作，這個工具已經(jīng)注意到太陽光譜線硼，氦氣，氟化物，水。

此外，凱特皮克還有兩臺射電望遠(yuǎn)鏡，其中一臺是"非常長基線陣列"（VLBA）網(wǎng)絡(luò)的一部分。該網(wǎng)絡(luò)將位于美洲、夏威夷和德國的十幾個此類儀器組合在一起，作為一個單一的無線電干涉儀，具有超長（超過 8，000 公里）的基地和巨大的分辨率。VLBA望遠(yuǎn)鏡還參與了國際無線電天文方案更大的無線電干涉儀，其中一個肩部是俄羅斯的Spectre-R衛(wèi)星，其軌道高度可達(dá)350，000公里。

WIYN不是山上最引人注目的望遠(yuǎn)鏡，而是最年輕的望遠(yuǎn)鏡："第一盞燈"是1994年看到的。他的鏡子直徑為3.5米，但在圖像質(zhì)量上，他很容易與6米高的邁爾爭論。WIYN可以被稱為基特峰的寶石，而望遠(yuǎn)鏡本身的寶石是其不尋常的PZ矩陣，可以從根本上提高圖像質(zhì)量。

64 個正交矩陣陣列

逃跑的星星

曾幾何時，天文學(xué)家用來拍攝恒星和天體的光塑膠。PZD矩陣的出現(xiàn)在天文觀測中（如圖一樣）引發(fā)了一場真正的革命，但主要問題并沒有根本改變。事實(shí)上，天文物體是暗的，所以盡管望遠(yuǎn)鏡的鏡子直徑很大，但它們需要長時間的曝光才能拍照。此外，他們是移動的，這成為一個問題，在這樣的拍攝。

恒星在天空中的日常運(yùn)動可以通過與地球旋轉(zhuǎn)同步旋轉(zhuǎn)望遠(yuǎn)鏡的加氫系統(tǒng)來補(bǔ)償。然而，有些扭曲是無法用這種方式補(bǔ)償?shù)摹Ｋ械孛婀鈱W(xué)望遠(yuǎn)鏡都有相同的缺點(diǎn)：我們星球的多變大氣層不均勻和不可預(yù)知地折射來自遙遠(yuǎn)天文物體的光波，模糊和扭曲生成的圖像。

為了解決這個問題，望遠(yuǎn)鏡要么被帶出大氣層，要么配備自適應(yīng)光學(xué)（OS）系統(tǒng)。使用可變形的鏡子，通過控制系統(tǒng)的信號改變幾何形狀，1000.0 允許部分補(bǔ)償?shù)厍虼髿馔牧髟斐傻氖д妗Ｗ鳛榉答仯?000億顆參考恒星——真正的或人造的，在大氣邊緣被激光束"點(diǎn)燃"，高度約為90公里。即使按照天文臺的標(biāo)準(zhǔn)，這項(xiàng)技術(shù)也相當(dāng)昂貴，有時花費(fèi)數(shù)十億美元。這種補(bǔ)償也有其局限性：特別是，它在整個視野中遠(yuǎn)非理想。因此，天文學(xué)家通過更便宜的替代品和改進(jìn)來對抗圖像退化的愿望是可以理解的。

左右和上下

其中一個替代方案是正交圖像傳輸（ORTHogonal傳輸CCD，OTCCD），這個想法是由保羅·謝赫特和他的麻省理工學(xué)院（MIT）同事在大約20年前提出的。回想一下，傳統(tǒng)的PCC矩陣（CCD）由一系列感光細(xì)胞組成，這些細(xì)胞通過記錄進(jìn)入它們的光子來積累電荷。當(dāng)曝光完成（只有這樣）時，將一致地一個接一個地讀取電荷。每行逐個單元的單元被傳輸?shù)阶x取器，讀取器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。如果射程和 PPP 矩陣的輻射源移動，則其圖像將"模糊"在多個細(xì)胞上。恢復(fù)其原始外觀幾乎是不可能的。

Cleva 是一個經(jīng)典的 PCC 矩陣：吱吱聲由線性排列的多個快門組成。當(dāng)交替（循環(huán)）讀取快門時，施加控制電壓，使累積的電荷（電子）在一個方向（且僅向一個方向）移動，就像在傳送帶上一樣。右邊是正交 OTCCD 矩陣的變體。其像素已經(jīng)由另一個幾何體的四個快門組成，允許在兩個垂直方向上移動電荷。

相比之下，在暴露期間，OTCCD 矩陣的電荷不僅會積聚在其單元格中，還可以向相鄰的單元格中移動 -- 左右和上下。這是由控制系統(tǒng)的命令完成的，該系統(tǒng)使用單獨(dú)的獨(dú)立傳感器跟蹤一些參考星的位置（如 100 個 100 個 100 個參考星）。一旦系統(tǒng)注意到地標(biāo)已移動，它將其運(yùn)動擴(kuò)展到相鄰像素，并"強(qiáng)制"它們的所有電荷返回。每秒數(shù)十次，圖像"浮動"，電荷跳轉(zhuǎn)到相鄰像素，控制系統(tǒng)捕獲并返回到位。

這有助于補(bǔ)償大氣湍流、望遠(yuǎn)鏡振動、跟蹤恒星的錯誤以及獲得最佳分辨率的影響。第一個這樣的矩陣只有512×512個元素，但它們已經(jīng)顯示出出色的結(jié)果：工具的角度分辨率大大提高，信號與噪聲的比率也增加了。下一代OTCCD已經(jīng)是一整套矩陣——ORTHOgonal傳輸陣列。每一個都有自己的獨(dú)立電荷傳輸控制系統(tǒng)，可以使用自己的參考星，從而在整個視野中實(shí)現(xiàn)非常有效的小抖動補(bǔ)償。同時，OTA 不排除并行應(yīng)用和自適應(yīng)光學(xué)元件。同一臺WIYN望遠(yuǎn)鏡還配備了一個O系統(tǒng)，其主要儀器ODI（一度成像儀）由30個OTA陣列，每個陣列64個矩陣，每個矩陣480 x 496像素。

沉默和靈感

除了WIYN望遠(yuǎn)鏡上的OTA矩陣陣列外，還有一個光譜儀和一個用于紅外波段觀測的攝像機(jī)，因此其觀測時間表提前幾個月完成也就不足為奇了。與他合作的天文學(xué)家的科學(xué)興趣非常廣泛：尋找和確認(rèn)新的系外行星，詳細(xì)研究超新星的亮起，觀察遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)和小行星的塵埃尾巴......

但是，WIYN望遠(yuǎn)鏡不僅僅是科學(xué)家的工作。一些技術(shù)人員經(jīng)常在這里工作，他們監(jiān)測他的病情，用液氮加油，夜間操作員幫助進(jìn)行觀察：儀器太昂貴和復(fù)雜，無法將其委托給天文學(xué)家過夜。這項(xiàng)工作并不適合任何工作-你需要保持清醒一整夜，每20分鐘重新定位望遠(yuǎn)鏡到一個新的點(diǎn)，并把過于反應(yīng)迅速的學(xué)生從遙控器。但有些人甚至很高興：在這樣的觀察中，我們遇到了一個攝影師，他在休息時寫科幻書。寂靜和荒涼，荒山和近距離的空間總是鼓舞人心的。